Шилэн ширхэгийн тэмдэглэх машин механик болон бусад тэмдэглэх машинуудтай харьцуулахад ямар давуу талтай вэ?

Шилэн ширхэгийн тэмдэглэх машины үндсэн технологи

Шилэн ширхэгийн тэмдэглэх машин гэж юу вэ ба хэрхэн ажилладаг вэ?

Оптик кабелын тэмдэглэх төхөөрөмжүүд нь ховор олдох элемент агуулсан тусгай оптик кабелуудаас үүсэх хүчтэй лазерын туяаг ашигладаг. Эдгээр системүүд нь ихэвчлэн гурван үндсэн хэсгээс бүрдэж, лазер диод нь цахилгаан хангамжийг нийлүүлдэг бол кабель өөрөө орчин болон уламжуулагчийн үүрэг гүйцэтгэх бөгөөд материал дээр тэмдэглэлийг шууд хүргэдэг хэсэгт туяаг илгээдэг. Асаах үед насос нь эдгээр кабелуудаар гэрэл дамжуулан иттербиум эсвэл эрбимийг сэдрүүлж, мэдэгдэж буй 1064нм долгионы уртыг үүсгэдэг. Дараа нь юу болох вэ? Энэ маш нягт төвлөрсөн туяа нь гадаргууг маш нарийн түвшинд шатааж, өөрчлөх замаар боловсролт хийдэг. Иймээс эдгээр төхөөрөмжүүд нь бүтээгдэхүүнд серийн дугаар, сканнерийн код эсвэл компанийн лого зэрэг жижиг тэмдэглэлүүдийг бичихэд тохиромжтой байдаг бөгөөд ач хурвийн эрсдэлгүйгээр гадаргууг гэмтээхгүй байна.

Лазерын технологийн үүрэг (MOPA, Q-Switch) ширхэг системд

Ширхэг лазерын тэмдэглэгчид дараах хоёр чухал модульлажилтын технологийг ашигладаг:

• MOPA (Мастер хэлхээний цахилгаан хангамжийн уламжуулагч) загвар нь хугацааны импульсыг тохируулах боломжийг (10–1000 нс) олгох бөгөөд цахилгаан гүнзгийрүүлэх, төмөр хайлшингийн өнгөжилт зэрэг хэрэглээнд нарийвчлалтай удирдлага үзүүлэх боломжийг бий болгодог.
• Q-Шунт системүүд өндөр цэвэршилтэй импульсуудыг үүсгэхийн тулд акустико-оптик кристалл ашигладаг бөгөөд титан шиг хатуу хайлшуудыг тэмдэглэхэд онцлогтой.

МOPA нь эд ангиудын холимог үйлдвэрлэлийн шугамд илүү их олон талт байдлыг санал болгодог бол Q-Шунт нь материал дан бөгөөд их хэмжээний даалгаваруудад өртөг үр дүнтэй хэвээр байна.

Яагаад 1064 нм долгионы урт металл материалын шингээлтэнд давуу талтай байдаг вэ

Ойролцоогоор 1064 нм-ийн хүрээнд инфра улаан гэрэл нь алюмин, цэвэр төмөр зэрэг ихэнх металлуудад 60-аас 80 хувь хүртэл шингээгддэг. Энэ нь 10.6 микрометр долгионы урттай ажилладаг CO2 лазерийн үед шингээлт 20%-иос бага байхтай харьцуулахад хамаагүй илүү сайн юм. Энэ яагаад болдог юм бол? Энэ нь металлын атомын түвшинд атомын байрлалын онцлогтой холбоотой. Фотонууд эдгээр материалуудыг оновчтой долгионы уртаар нь оршино гэдэг нь материалын доторх хэт халах үзэгдлийг үүсгэхгүйгээр электроныг идэвхжүүлэхэд хангалттай энерги өгдөг. Өнгөрсөн жил Photonics Journal сэтгүүлд хэвлэгдсэн судалгаанд мөн маш сонирхолтой үр дүн гарсан. Одоо байгаа бусад ширхэг лазерийн төхөөрөмжүүдтэй харьцуулахад 1064 нм долгионы урт ашиглах нь хэт халснаар үүссэн бүсийг ойролцоогоор 35 хувиар бууруулдаг байна гэж тэд олж тогтоосон.

Ширхэг лазер vs CO2 лазер: Ажиллагааны ба хэрэглээний гол ялгаа

Үйлдвэрийн хэрэглээнд ширхэг болон CO2 лазерын үндсэн ялгаа

Шилэн ширхэгийн лазер нь туяаг нь 1,064 нанометр орчимд гаргадаг ба энэ нь шалангуй ховор элементүүдийг агуулсан тусгай ширхэгт үүсдэг. Харин CO2 лазер нь бүр өөр аргыг ашигладаг бөгөөд тэдгээрийн камерт тодорхой хийн хольдогийг идэвхжүүлэх үед ойролцоогоор 10.6 микрометр давтамжид ажилладаг. Эдгээр үндсэн ялгаанаас шалтгаалан зэвэрдэггүй сталийн шиг материалуудыг хэрэглэх үед маш өөр үр дүн гардаг. Шилэн ширхэгийн лазерын шингээлт 75%-ийн түвшинд хүрч чадахад, Америкийн Лазерын Институтын 2023 оны мэдээллээр CO2 лазерийн шингээлт ердөө 15% л байдаг. Шилэн ширхэгийн технологийн өөр нэг чухал давуу тал нь лазерын цацрагийг хүргэх аргачлалд оршдог. Ийм системүүд нь харьцангуй уян хатан оптик кабелуудыг ашигладаг тул ажлын хэсэг дээр хурдан хөдөлж, дамжуулалтын үеийн энергийн алдагдлыг бууруулдаг. Энэ нь роботуудтай нэгтгэхэд хурд болон нарийвчлал хамгийн чухал байдаг үед түүнийг онцгой сайн тохируулдаг.

Шингээлтийн үр дүнтэй байдлаас шалтгаалан металлыг тэмдэглэхэд ширхэг лазерын давуу тал

Ойролцоогоор 1,064 нанометр орчим дахь энэ долгионы урт нь металл гадаргуун дээрх электронуудын заналхийлттэй сайн таардаг. Ийм учраас одоогийн үед ширхэг лазер нержисан ганг хурдан цоороож чаддаг бөгөөд хурд нь ойролцоогоор секундэд 3.5 метр байдаг. Харин CO2 лазерууд зөвхөн 0.8 м/с-ийн хурдтай ажилладаг. Мэргэжилтнүүд өөр нэг давуу талаа тэмдэглэж байна: ширхэг лазерийн систем нь хагас миллиметр гүнзгий цоороолт хийхдээ ойролцоогоор 40 хувиар бага цахилгаан хэрэглэдэг. Пластик болон бусад цахилгаан дамжуулагч бус материалд урьд өмнө CO2 лазер илүү сайн ажилладаг байсан ч одоо ихэнх үйлдвэрүүд материалаа тусгай нэмэлт бодисоор нэмэгдүүлж эхэлсэн. Эдгээр нэмэлтүүд нь материалын ялгаатай байдалд үл хамааран ширхэг лазераар полимер дээр цэвэр тэмдэглэл хийх боломжийг олгодог.

Материал тус бүр дээрх хурд, нарийвчлал, давталтын стандарт

Шилэн ширхэгийн лазер нь металл дээр 10,000 циклд 0.03 мм-ээс бага зүсэлтийн өргөний хэлбэлзэл үзүүлж, харьцуулах туршилтаар CO2 системийнхаас гурван дахин илүү нарийвчлалтай байна.

CO2 Лазерыг Хэрэглэх Нь Илүү Тохиромжтой Тохиолдол: Металл бус материал ба Ихэвчлэн Гарах Алдааны Онцгой Тохиолдол

Fiber лазер нь ихэнх металл боловсруулах ажилд давамгайлж байгаа хэдий ч CO2 лазерүүд нь тодорхой металл бус хэрэглээнд өөрийн байрыг хадгалж байна. Тоо мэдээлэл нь энэ дээрхийг баталдаг бөгөөд мод, акрилыг шахмалжуурах хурд нь CO2 технологийн тусламжтайгаар ойролцоогоор 62% илүү хурдасдаг, учир нь эдгээр материалууд лазерын энерги-г илүү сайн шингээдэг. Нөгөө их давуу тал бол урт долгионтой туяа нь миллиметрээс бага зузааны маш нарийн материал дээр гарч болох шатах асуудлыг саатуулдагт оршино. Энэ нь эмийн баглаа боодолд ихэвчлэн анхаарал татах зүйл юм. Гибрид системүүд (хоёр технологийг нэгтгэсэн) илүү түгэж байгаа хэдий ч, ажлын ачаалал нь ихэвчлэн металл бус материал байдаг олон үйлдвэрүүд CO2 лазерын тусдаа тогтолцоог хэрэглэж үлддэг. Боловсруулдаг ажлын 80% ба түүнээс дээш нь металл биш материал байдаг үйлдвэрүүдэд шинэ сонголтуудын эсрэгээр эдгээр уламжлалт CO2 системүүд нь ихэвчлэн илүү сайн санхүүгийн үр дүнтэй байдаг.

Fiber системийн нарийвчлал, найдвартай байдал, үйлчилгээний давуу тал

Оптик кабел дээр тэмдэглэх машинууд нь цэгийн хэмжээг 20 мкм-аас бага байлгах чадвартай сайжруулсан цацраг удирдлагын технологийн тусламжтайгаар маш нарийн нарийвчлалд хүрдэг. Энэ нь практикт юуг илэрхийлэх вэ? Энэ нь муруй гадаргуу эсвэл жижиг деталиуд дээр ажиллах үед ч гэсэн, нарийн QR код, бага хэмжээний серийн дугаар зэрэг нарийн бүтээгдэхүүн дээр маш нарийн тэмдэглэл хийх боломжийг олгоно. Ийм машинууд нь харьцуулахад хуучин механик шошгоноос хамаагүй илүү үр дүнтэй ажилладаг. Ийм ширхэг лазерийг хэрэглэхдээ хэрэглэсэн хромтой сталийн материал дээрх дулааны нөлөөллийн бүсийн хэмжээ 25 мкм-аас бага байдаг. Энэ бага дулааны нөлөө нь металлын бүтцийн шинж чанарыг хадгалж өгдөг тул эмнэлгийн хэрэгсэл үйлдвэрлэх зэрэг чухал салбарт олон үйлдвэрлэгчид энэ технологийг ихэд тулгуурладаг. Материалын чанарын бууралтын бага эрсдэл нь бүтээгдэхүүний найдвартай байдал чухал байдаг хэрэглээнд ямар ч ялгааг гаргаж өгдөг.

Хатуу биеийн загвар болон бүрэлдэхүүн хэсгийн найдвартай байдлаар үйлдвэрлэсэн урт нас

Хөдөлгөөнтэй хэсэггүй тул цахилгаан лазерын модуль нь хязгаарлагдмал механик элэгдэлтэй байдаг бөгөөд тасралтгүй үйлдвэрлэлийн орчинд 100,000 цагаас дээш ажиллах эдэлгээний хугацааг хангана. Модуль бүтэц нь системийг бүрэн солихийн оронд зориулалтын бүрэлдэхүүн хэсгийг солих боломжийг олгох бөгөөд диодоор ажиллуулагч лазерийн бусад хувилбаруудтай харьцуулахад зогсолтын цагийг 65%-иар бууруулна.

Бусад лазер, лазер биш системүүдтэй харьцуулахад цөөн хэмжээний үйлчилгээ шаарддаг

Шилэн лазерын системүүд нь хийгээр дүүргэх, толинуудыг тасралтгүй тохируулах зэрэг зовиуртай ажлуудаас ангижрах боломжийг олгодог. Ийм системүүдийг уламжлалт CO2 лазерийн байгууламжуудтай харьцуулахад нийтдээ ойролцоогоор 85 хувийн бага засвар үйлчилгээтэй байдаг. 2024 оны саяхан хийсэн шинэчлэлийн шинжилгээний дагуу механик гаргаачны машинуудаас шилэн лазерын тэмдэглэлтийн технологид шилжсэн компанийн жилдэх засвар үйлчилгээний зардал ойролцоогоор 12,000 доллар хэмнэсэн байна. Битилсэн оптик зам нь тоос болон бусад жижиг хэсгүүд дотор нь орохоос сэргийлдэг тул сүүлийн үед авто хэсгийн үйлдвэрлэгчид ихэвчлэн энэ чиглэлд шилжсэн юм. Эдгээр үйлдвэрлэгчдийн ойролцоогоор гурван дөрөвний нэг нь 2023 онд шилэн лазер ашиглах шалтгааны нэг болгон бохирдлоос хамгаалах чадварыг дурдсан байна.

Оптик бохирдлын тэсвэрт чадал ба мэдрэг байдлыг тэнцвэржүүлэх

Хэвтээ чичирхийлэл болон температурын хэлбэлзэлд тэсвэртэй боловч (-20°C-с 50°C хүртэлх ажиллагааны хязгаар), PVC эсвэл шилэн шохой шиг нөхцөлд оруулах үед шилэн кабелийн гаралтын цонх 40%-иар хурдан элэгддэг. Системийн 5 жилийн үйлчилгээний хугацаанд 95% гарцаагүй туяаны тогтвортой байдлыг хадгалахын тулд 500 цагийн туршид шалгалтын арга хэмжээг хэрэгжүүлэх нь зүйтэй.

Шилэн кабель дээр тэмдэглэгч төхөөрөмж: Үйл ажиллагааны эдийн засаг

Эзэмших нийт зардал: Эрчим хүчний үр ашгийлал болон үйл ажиллагааны эдийн засаг

Эрчим хүчний хэрэглээ ба тэгшитгэл: Шилэн кабелийн лазер үр ашгийлалын тэргүүнд

Оптик кабелын тэмдэглэх төхөөрөмжүүд нь хий болон плазмын хоолой ашигладаг хуучин CO2 лазерийн системүүдтэй харьцуулахад 30-50 хувийн бага цахилгаан хэрэглэдэг. Энэ нь эдгээр машинуудын үндсэн зарчим нь энергийг ихээр алдагдуулдаг хийн лазерийн системүүдээс ялгаатай байдагт оршино. Фибрын лазерийн ханын цахилгаан ашиглалтын үр дүнтэй байдал нь ойролцоогоор 28% байдаг тул орж буй цахилгаан энерги ихэнхдээ дулаан алдалтаар биш харин жинхэнэ лазерын гэрэл болон хувирдаг. Ашгийнхаа хэмжээг сайжруулахыг эрмэлздэг бизнесүүдэд энэ нь цахилгааны зардалд жилд 1200-2500 доллар хүртэл хэмнэх боломжийг олгоно. Ийм мөнгөний хэмнэлт нь цаг соёрох тутамдаа хурдан нэмэгддэг бөгөөд тусгайлан компаниуд экологийн ил след-ээ багасгахын зэрэгцээ ашгаа хадгалж үлдэхийг хичээж байгаа үед чухал ач холбогдолтой.

Оптик кабелын тэмдэглэх төхөөрөмжийн анхны хөрөнгө оруулалт ба урт хугацааны өгөөж

Хэвийн лазерийн эхний зардал нь CO2 системээс 15–25% илүү өндөр байдаг (35,000–80,000 ам.доллар) ч гэсэн хөрөнгө оруулалтын өгөөж нь ихэвчлэн 18–24 сарын дотор гардаг. Энэ нь дараах зүйлсэд хамаарна:

• битил салбартай оптик замын ачааллын 70% бага зардал
• Компонентийн амьдрал хоёр дахин уртасна (лазер диодны хувьд 100,000 цаг ба CO2 хоолойн хувьд 30,000 цаг)
• Хийг шинэчлэх, толь солих зэрэг хэрэглээний материал шаардлагагүй

5–10 жилийн амьдралын мөчлөгийн үеийн үйл ажиллагааны зардлын шинжилгээ

8 жилийн мөчлөгийн шинжилгээ нь ширхэг лазерийн хувьд илүү их эдийн засгийн давуу талыг харуулж байна:

Эдгээр хэмнэлт нь найман жилийн турш $220,000–$380,000 цэвэр ашиг олох боломжийг бий болгох бөгөөд оптик цэвэр байдлын хатуу протокол шаардсан ч өндөр хэмжээний үйлдвэрлэлд ширхэг лазерын системийг илүүд үзэх боломжийг олгодог.

Материалын нийцэл ба лазер бус тэмдэглэх аргуудтай харьцуулалт

Халуунд мэдрэг, давхаргатай материал дээрхи Кабель лазерын удирдлагатай нөлөө

Кабель лазер нь термийн гэмтлийг хамгийн их багасгаж, давхаргатай металл дээр CO₂ лазераас 60% бага халуунд нөлөөлөх бүс үүсгэдэг. Энэ нарийвчлал нь агаарын зэвсэгт хөнгөн цагааны хэлбэрийг хадгалж, цагаан тугалганы антикоррозийн шинж чанарыг хадгалдаг. Судалгаа нь кабель лазер нь полимер давхаргатай электроник барааг тэмдэглэх үед механик боловсруулалтаас илүү (Envion 2023) 34%-иар хэтрэх эрсдэлийг бууруулдаг гэж зааж өгсөн.

Долгионы уртыг суурин материалтай нийлүүлэх: Кабель, CO₂ ба UV лазерын хэрэглээ

1064 нм долгионы урттай шилэн ширмийн лазер нь CO2 лазераас ойролцоогоор найман дахин илүү хром болон титаны хайлшруу шингэсэн бөгөөд үйлдвэрлэгчид гадаргууг урьдчилан бэлтгэх шаардлагагүйгээр эдгээр металлууд дээр байнгын тэмдэглэл үлдээх боломжийг олгодог. Мод, шил шиг органик материалтай ажиллах үед 10.6 мкм-ийн CO2 лазер мөн маш сайн ажилладаг бөгөөд целлюлозоос хийгдсэн зүйлсийг бараг бүрэн шингээдэг. Эмнэлгийн багажинд ихэвчлэн хэрэглэдэг дулааны үйлчлэлд мэдрэг пластиктай ажиллахад 355 нм долгионы урттай цайр лазер хамгийн сайн ажилладаг бөгөөд үйлдвэрлэлийн явцад дулааны вредийг ойролцоогоор гуравны хоёроор бууруулдаг.

Туршлагын жишээ: Сталин болон хөнгөн цагаан, давхаргат гадаргууг тэмдэглэх үр дүнтэй арга

Автомашин үйлдвэрлэлийн туршилтад цахилгаан шилэн давхаргатай тормозын калипер дээр волокон лазер нь тэмдэглэсний дараа давхаргийн 98% хадгалагдах нөхцөлд 0.02 мм нарийвчлалд хүрсэн. Анодчилсон хөнгөн цагаан хавтангийн хувьд лазерын тэмдэглэл нь цэгэн чимэглэлтийнхээс ойролцоогоор 3.5 дахин илүү тод харагддаг. Эмнэлгийн салбарт ч гайхамшит ахиц гарсан. Эмнэлэг, эмнэлзүйд волокон лазер ашигладаг байгууллагууд мэс заслын хэрэгслүүдийн тэмдэглэлийг өөрчлөхөд урьд нь чернилт принтер ашиглахтай харьцуулахад 40%-иар хурдан ажилладаг болсон гэж тайлагнаж байна. Ялангуяа яаралтай тусламж шаардлагатай үед секунд бүр чухал болох үед энэ хурдны зөрүү их чухал.

Түгээмэл асуулт

Цахилгаан шилэн тэмдэглэх төхөөрөмж гэж юу вэ?

Энэ бол метал зэрэг материал дээр нарийвчлалтай, ихээхэн гэмтэлгүй тэмдэглэхийн тулд тусгай оптик кабелээс үүсэх лазерын цацрагийг ашигладаг төхөөрөмж юм.

Волокон лазер CO2 лазертай харьцуулахад хэрхэн харьцах вэ?

Шилэн лазер нь богино долгионтой ажилладаг бөгөөд металлыг тэмдэглэхэд илүү сайн, CO2 лазераас илүү өндөр үр дүнтэй бөгөөд металлын хэрэглээнд илүү их хэмжээний зардлыг хэмнэдэг.

Яагаад шилэн лазерийн үйлчилгээний шаардлага бага байдаг вэ?

Тэдгээр нь хөдөлгөөнтэй хэсэггүй цангармал загварыг ашигладаг тул механик элэгдэл багасдаг бөгөөд хийг дахин дүүргэх зэрэг давтамжтай үйлчилгээний ажлуудыг хэмнэдэг.

Шилэн лазер нь металл бус материалуудад тохиромжтой юу?

Шилэн лазер нь металлын хувьд илүү сайн ажилладаг боловч мод, акрил зэрэг металл бус материалуудад поглощение-ийн онцлогийн улмаас ихэвчлэн CO2 лазерыг илүүд үздэг.

Шилэн лазерийг ашигласнаар гарах зардлын ямар давуу талууд байдаг вэ?

Эхний үеийн өртөг өндөр байсан ч шилэн лазер нь үйлчилгээний зардлыг бууруулдаг, бүрэлдэхүүн хэсгийн амьдралын хугацааг уртасгадаг, энерги хэрэглээг бууруулдаг тул хугацааны турш томоохон хэмнэлтэд хүргэдэг.